ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД Российский патент 1997 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к средствам активного воздействия на атмосферные явления, а именно к гидрометеорологическим реактивным снарядом, (ракетам), предназначенным для предотвращения градобитий, регулирования грозовой деятельности, стимулирования или уменьшения выпадения осадков путем доставки активного реагента непосредственно в зону воздействия на атмосферные явления и сможет найти широкое применение при проведении активных воздействий на атмосферные гидрометеорологические процессы, в частности при борьбе с градоопасными метеообразованиями.

В настоящее время известен ряд способов борьбы с градовыми процессами. Наиболее широкое распространение получили способы, основанные на создании в облаке, путем внесения в него активного реагента, искусственных зародышей града, конкурирующих с естественными за переохлажденную капельно жидкую воду в облаке или на стимулировании коагуляционных процессов в теплой части облака с последующей кристаллизацией крупных облачных капель.

К настоящему времени созданы различные средства активного воздействия на атмосферные гидрометеорологические процессы, среди которых наиболее эффективными оказались способы доставки активного реагента непосредственно в зону воздействия на атмосферные явления ракетами (реактивными снарядами).

Для реализации указанных способов борьбы с градоопасными метеообразованиями применялась, в частности, ракета "Облако-М" [1, с.160] принятая за аналог. Указанная ракета предназначена для борьбы с градом и состоит из головного дистанционного взрывателя, головной части с шашкой активного дыма, одноступенчатого реактивного двигателя на твердом ракетном топливе, парашютного отсека с размещенной в нем парашютной системой спасения отработавших головной части и двигателя, и донного дистанционного механизма. Большая масса транспортируемого реагента (масса шашки активного дыма С-68К-1 равна 5,47 кг) выдвигали ракету "Облако-М" в ряд высокоэффективных средств засева градовых облаков.

В то же время, из-за несоответствия профиля траектории полета ракеты (имеющей форму баллистической кривой) вертикальному сечению площадки засева, представляющему собой слой высотой до 1 км и протяженностью от 8 км, располагающийся на высотах от 3 до 6 км над уровнем моря, эффективный радиус действия ракеты "Облако-М" составляет около 8000 м, а насыщение площадки засева активным реагентом осуществляется только во время пролета через нее ракеты по восходящей и нисходящей ветвям траектории, что существенно снижает КПД шашки активного дыма.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка противоградовой ракеты с трассовым способом введения реагента, имеющей сравнительно большие радиус действия и высоту подъема.

Общими признаками с предлагаемым авторами гидрометеорологическим реактивным снарядом является наличие в составе ракеты-аналога головной части с шашкой активного дыма (генератора активного реагента) и реактивного двигателя на твердом ракетном топливе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к заявляемому объекту является противоградовая ракета "Алазань-2М" [2, с.8] принятая авторами за прототип. Она содержит головную часть с активным реагентом, систему самоликвидации с шашкой взрывчатого вещества (разрывной заряд), двухступенчатый ракетный двигатель твердого топлива, стабилизатор и электрокапсульную втулку. Головная часть (генератор активного реагента) состоит из корпуса, выполненного из прессматериала, головного дистанционного взрывателя (временного устройств), шашки активного дыма и устройства для инициировния разрывного заряда из взрывчатого вещества. Двигатель ракеты состоит из двух последовательно расположенных и сообщающихся между собой бумажно-бакелитовых камер, в каждой из которых размещены пороховой заряд и стабилизирующая его горение пиротехническая шашка. Пороховой заряд, расположенный у переднего дна двигателя, является его маршевой ступенью, воспламеняющейся через шесть секунд после окончания горения стартового заряда, расположенного со стороны соплового блока двигателя. Замедлителем воспламенения маршевого заряда является пиротехническая шашка стартовой ступени.

Ракета, принятая за прототип, функционирует следующим образом. При запуске ракеты с пусковой установки задействуется электрокапсульная втулка, и воспламеняет пороховой заряд и пиротехническую шашку стартовой ступени, истечение продуктов сгорания которой из двигателя создает реактивную тягу, при достижении которой величины 50 55 кг ракета начинает движение. После выгорания (приблизительно за две секунды) порохового заряда стартовой ступени ракета во время шестисекундной паузы до момента запуска маршевой ступени, определяемой временем догорания пиротехнической шашки стартовой ступени, осуществляет полет как свободно брошенное тело, во время которого, под воздействием силы тяжести, уменьшается угол наклона траектории к горизонту. Под действием набегающего потока воздуха происходит взведение дистанционного взрывателя, который срабатывает на седьмой секунде полета ракеты и воспламеняет шашку активного дыма. В результате горения шашки активного дыма на траектории полета ракеты по нормали к ее продольной оси выделяется аэрозоль активного реагента. После окончания работы маршевой ступени двигателя ракета продолжает полет по инерции, во время которого аэрозоль активного реагента продолжает выделяться, на трассе движения ракеты до момента срабатывания шашки взрывчатого вещества разрывного заряда системы самоликвидации, которая подрывает корпус ракеты и дробит на безопасные осколки. Уменьшение траекторного угла увеличивает длину пути, проходимого ракетой "Алазань-2М" в площадке засева и, соответственно, увеличивает степень насыщения ее активным реагентом, повышая КПД шашки активного дыма и ракеты в целом по сравнению с ракетой "Облако-М".

Однако многолетний опыт противоградовых работ показал необходимость больших расходов противоградовых ракет "Алазань-2М" на проведение активных воздействий (по данным научно-производственного центра "Антиград" Роскомгидромета, за 1981-1990 годы среднегодовой расход составлял более 187500 противоградовых ракет), так как рассчитываемый наряд средств превышает физически оптимальный из-за несоответствия:
профиля траектории полета ракета, имеющей, несмотря на уменьшение траекторного угла, форму баллистической кривой, вертикальному сечению площадки засева, представляющему собой слой высотой до 1 км и протяженностью от 8 км, располагающийся на высотах от 3 до 6 км над уровнем моря;
точки начала генерации активного реагента месту входа ракеты в рассчитанную зону засева вследствие фиксированного момента начала распыления реагента.

Описанные явления значительно снижают эффективность стрельбы противоградовых ракет, что и вызывает необходимость расходования столь больших их количеств, приводящих к значительным материальным затратам на противоградовую защиту.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка противоградовой ракеты повышенной эффективности с эффективным радиусом действия около 8 км, решающей задачу по противоградовой защите с удовлетворительными на сегодняшний день затратами.

Общими признаками с предлагаемым авторами противоградовым реактивным снарядом являются наличие в нем временного устройства и, снабженных устройствами их запуска, двигателя со стартовой и маршевой ступенями и генератора активного реагента.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами противоградовом реактивном снаряде временное устройство дополнительно снабжено счетным механизмом времени запуска маршевой ступени, который электрически связан с устройством запуска маршевой ступени, при этом временное устройство выполнено с возможностью переустановки перед стартом времени запуска маршевой ступени и генератора активного реагента, а генератор активного реагента одновременно выполнен в виде дополнительной маршевой ступени, причем площадь миделя генератора активного реагента составляет 0,55 0,7 площади миделя двигателя.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом. Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание гидрометеорологического реактивного снаряда, обеспечивающего, за счет непосредственного внесения активного реагента в площадку засева, максимально возможную эффективность применения при значительном уменьшении затрат на противоградовую защиту.

Наличие в комплексе новых узлов, а также новое конструктивное выполнение его некоторых узлов и их взаимное расположение, наличие и форма выполнения связей между ними, позволяет, в частности:
за счет дополнительного снабжения временного устройства счетным механизмом времени запуска маршевой ступени и электрической связи этого счетного механизма с устройством запуска маршевой ступени, а также выполнение временного устройства с возможностью переустановки перед стартом времен запуска маршевой ступени и генератора активного реагента обеспечить возможность варьирования времени включения маршевого двигателя и генератора активного реагента для конкретного реактивного снаряда относительно единой для него базы отсчета, и, тем самым, обеспечить условия для получения настильной траектории полета снаряда в площадке засева и соответствие точки начала генерации активного реагента месту входа ракеты в площадку засева;
за счет выполнения генератора активного реагента в виде дополнительной маршевой ступени, а площади миделя генератора активного реагента - составляющей 0,55-0,7 площади миделя двигателя, осуществить "растягивание" баллистической траектории в настильную и тем самым обеспечить протяженность участка внесения активного реагента, соизмеримую с протяженностью площадки засева.

Сущность изобретения заключается в том, что в гидрометеорологическом реактивном снаряде, содержащем временное устройство и снабженные устройствами их запуска, двигатель со стартовой и маршевой ступенями и генератор активного реагента, в отличие от прототипа, согласно изобретению временное устройство дополнительно снабжено счетным механизмом времени запуска маршевой ступени, который электрически связан с устройством запуска маршевой ступени, при этом временное устройство выполнено с возможностью переустановки перед стартом времен запуска маршевой ступени и генератора активного реагента, а генератор активного реагента одновременно выполнен в виде дополнительной маршевой ступени, причем площадь миделя генератора активного реагента составляет 0,55-0,7 площади миделя двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид гидрометеорологического реактивного снаряда, а на фиг. 2 траектории полета ракет "Облако-М" (I), "Алазань-2М" (II) и предлагаемого гидрометеорологического реактивного снаряда (III).

Гидрометеорологический реактивный снаряд состоит из двухступенчатого ракетного двигателя твердого топлива 1, со стартовой ступенью 2 и маршевой ступенью 3, генератора активного реагента 4, временного устройства 5, устройства запуска 6 и 7 стартовой ступени 2 и маршевой ступени 3 (соответственно) двигателя 1 и устройства запуска 8 генератора активного реагента 4. Временное устройство 5 выполнено электронным и выполняет функции головного дистанционного взрывателя по запуску генератора активного реагента 4, а также дополнительно снабжено счетным механизмом 9 времени запуска маршевой ступени 3. Временное устройство 5 также выполнено с возможностью переустановки перед стартом снаряда времен запуска маршевой ступени 3 и генератора активного реагента 4, а счетный механизм 9 электрически связан кабелем 10 с устройством запуска 7 маршевой ступени 3 двигателя 1. Генератор активного реагента 4 снабжен мелкодисперсным активным реагентом 11 и выполнен в виде дополнительной маршевой ступени 12 с шашкой твердого ракетного топлива 13 с активным реагентом 11, продукты сгорания которой во время работы генератора активного реагента 4 истекают в направлении кормы снаряда. Площадь миделя генератора активного реагента 4 составляет 0,55-0,7 площади миделя двигателя 1, а сам двигатель 1 выполнен с возможностью уменьшения своей площади миделя после окончания работы маршевой ступени 3, например, в виде забронированных по наружной поверхности шашек 14 и 15 (соответственно стартовой 2 и маршевой 3 ступеней) твердого ракетного топлива, горящего при низких рабочих давлениях.

Описанный гидрометеорологический реактивный снаряд работает следующим образом.

Перед стартом снаряда с пусковой установки в электронно-временное устройство 5 устанавливают времена запуска маршевой ступени 3 и генератора активного реагента 4. При старте снаряда с пусковой установки задействуется устройство запуска 6, которое воспламеняет шашку твердого ракетного топлива 14 стартовой ступени 2, истечение продуктов сгорания которой из двигателя 1 создает реактивную тягу, под действием которой реактивный снаряд начинает движение. По факту разрыва электроцепей между снрадяом и пусковой установкой в момент начала движения реактивного снаряда начинается отсчет времен запуска маршевой ступени 3 и генератора активного реагента 4. После выгорания шашки твердого ракетного топлива 14 стартовой ступени 2 во время паузы до момента запуска маршевой ступени 3, продолжительность которой определяется электронно-временным устройством 5 по времени, введенным перед стартом, снаряд осуществляет полет как свободно брошенное тело, во время которого, под воздействием силы тяжести, уменьшается угол наклона траектории к горизонту. По истечении времени, определяемым полетным заданием и введенного перед стартом, счетный механизм 9 электронно-временного устройства 5 выдает по кабелю 10 электрическую команду на задействование устройства запуска 7, которое воспламеняет шашку твердого ракетного топлива 15 маршевой ступени 3, истечение продуктов сгорания которой из двигателя 1 создает реактивную тягу, под действием которой реактивный снаряд продолжает движение при новом угле бросания. Аналогично работает канал запуска генератора активного реагента 4, в результате горения шашки 13 которого по трассе движения реактивного снаряда выделяется аэрозоль активного реагента 11. После выгорания твердого ракетного топлива шашек 14 и 15, под действием внутреннего остаточного давления их продуктов сгорания и аэродинамических нагрузок от набегающего потока происходит обрушение оставшейся бронировки двигатель 1 перестают существовать и снаряд продолжает полет с площадью миделя, составляющей 0,55 - 0,7 от первоначального, что резко, в 1,5 2 раза снижает лобовое сопротивление снаряда.

Выполнение генератора активного реагента 4 с площадью миделя свыше 0,7 площади миделя двигателя 1 не обеспечивает снижение лобового сопротивления снаряда, достаточного для "растягивания" траектории, а с площадью миделя минее 0,55 вызывает необходимость такого увеличения длины генератора активного реагента 4 для размещения заданного количества активного реагента 11, при котором жесткостные характеристики конструкции снаряда не могут поддерживать его аэробаллистические характеристики.

Выполнение гидрометеорологического реактивного снаряда в соответствии с изобретением позволяет совместить точку начала генерации активного реагента с местом входа ракеты в площадку засева с одновременным обеспечением, за счет "растягивания" баллистической траектории в настильную, с протяженностью участка внесения активного реагента, соизмеримую с протяженностью площадки засева. Все это вместе взятое резко увеличивает КПД генератора активного реагента, обеспечивая максимально возможную эффективность применения снарядов, снижая их расход в 2-2,2 раза при соответствующем уменьшении затрат на противоградовую защиту. Кроме того, особенности траектории полета предлагаемого гидрометеорологического снаряда позволяют использовать его в работах по искусственному регулированию осадков.

Указанный положительный эффект подтвержден научно-производственным центром "Антиград" (исх. от 24.10.94 N 87 и от 09.02.95 N 19) и Центральной аэрологической обсерваторией (исх. от 21.02.95 N 131/16-288) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

В настоящее время в соответствии с изобретением завершено выполнение стадии технического предложения, запланированы разработка рабочей конструктивной документации и серийное производство противоградового ракетного комплекса с предлагаемым гидрометеорологическим реактивным снарядом.

Использование: гидрометеорология, средства активного воздействия на атмосферные явления. Сущность изобретения: гидрометеорологический реактивный снаряд, содержащий снабженные устройствами их запуска стартовую, маршевую ступени двигателя и генератор активного реагента, временное устройство со счетным механизмом времени запуска генератора активного реагента. Временное устройство снабжено счетным механизмом времени запуска маршевой ступени и выполнено с возможностью установки перед стартом заданных времен запуска маршевой ступени и генератора активного реагента, который выполнен в виде дополнительной маршевой ступени с площадью миделя, равной 0,55 - 0,7 площади миделя маршевой ступени двигателя. 2 ил.

Гидрометеорологический реактивный снаряд, содержащий снабженные устройствами их запуска стартовую, маршевую ступени двигателя и генератор активного реагента, временное устройство со счетным механизмом времени запуска генератора активного реагента, отличающийся тем, что временное устройство дополнительно снабжено счетным механизмом времени запуска маршевой ступени и выполнено с возможностью установки перед стартом заданных времен запуска маршевой ступени и генератора активного реагента, при этом генератор активного реагента выполнен в виде дополнительной маршевой ступени с площадью миделя, равной 0,55 0,7 площади миделя маршевой ступени двигателя.